1.問題的提出

　　如今人口老齡化的趨勢進一步加劇。為了適應人口年齡層次的巨大變化，急切需要對我們的醫(yī)療體系作出重大的改變。這些變化包括一些新穎的采用先進傳感器和微控制器技術進行治療和早期診斷的工具。該問題的提出是當今發(fā)病率最高是慢性退行性疾病，如心血管疾病，其中高血壓占據(jù)了其中很大一部分以及代謝性疾病，如糖尿病。而此類慢性退行性和代謝性疾病的一個顯著問題是病人需要在很長一段時間內(nèi)保持病情動態(tài)平衡以及生理平衡。這意味著病人需要在日常生活中養(yǎng)成新的習慣，如測量血壓和血糖等。

　　這些是非常煩人的事務，容易被人遺忘，甚至病人會故意回避。這樣醫(yī)生無法了解有關治療措施有助于改善病人健康狀況。據(jù)此如何解決此類慢性疾病等公共衛(wèi)生難題的重要途徑與如何讓醫(yī)生隨時獲得病人的監(jiān)測數(shù)據(jù)以改善病人治療的有效手段等問題就成為新的挑戰(zhàn)。尤其是因為人口老齡化及其慢性退行性疾病均是潛在的并發(fā)癥，因而有系統(tǒng)性監(jiān)測生命體征和數(shù)據(jù)可以預防進一步并發(fā)癥的發(fā)生與減少所引起的死亡以及減輕長期病癥病人的沉重經(jīng)濟負擔均至關重要。

　　面對如何利用技術和新的醫(yī)療設備來防止急性并發(fā)癥這重要的挑戰(zhàn)則遠程醫(yī)療監(jiān)護系統(tǒng)是應對的最好解決方案。這是因遠程醫(yī)療監(jiān)護系統(tǒng)作為遠程醫(yī)療系統(tǒng)中的一部分，是將采集的被監(jiān)護者的生理參數(shù)與視頻、音頻以及影像等資料通過通信網(wǎng)絡實時傳送到社區(qū)監(jiān)護中心，用于動態(tài)跟蹤病態(tài)發(fā)展，以保障及時診斷、治療。隨著當今社會老年人口的劇增，醫(yī)療資源中監(jiān)護的作用更加突出。由此可知，應用遠程監(jiān)護系統(tǒng)治療慢性退行性疾病是一種創(chuàng)建理念。

　　應該說，當今遠程監(jiān)護系統(tǒng)有多種技術方案可實現(xiàn)，在此本文對基于32位處理器和新的軟件平臺所構建的遠程監(jiān)護系統(tǒng)與基于 ZigBee 技術的遠程醫(yī)療監(jiān)護系統(tǒng)的構建以及在慢性退行性疾病治療中的應用作分析研討。

　　2.遠程監(jiān)控系統(tǒng)的構建與功能

　　遠程醫(yī)療主要應用在臨床會診、檢查、診斷、監(jiān)護、指導治療、醫(yī)學研究、交流、醫(yī)學教育和手術觀摩等方面。而遠程監(jiān)護系統(tǒng)應用是信息技術與醫(yī)學相結合的產(chǎn)物，它使用遠程通信和計算機多媒體技術為患者提供醫(yī)學信息和醫(yī)療服務。

　　遠程監(jiān)護系統(tǒng)的設計主要針對家庭醫(yī)療環(huán)境，豐富的圖形用戶界面 (GUI) 可以幫助引導患者了解測量其生命體征的流程。對于遠程監(jiān)護設備而言，個性化以處理具體的疾病或狀況及照顧病人的特殊需要是至關重要的。這對于系統(tǒng)設計人員和設備制造商則是一個挑戰(zhàn)。其可擴展性、低功耗和豐富的外設是遠程監(jiān)護系統(tǒng)設計的主要設計思想。據(jù)此可通過智能系統(tǒng)從各種終端設備獲取的數(shù)據(jù)可以提醒患者在適當時候進行新的測量和接受治療，這些設備包括血糖儀，心率監(jiān)測儀，血壓計，數(shù)字稱重儀等。而遠程監(jiān)護系統(tǒng)也必須確保數(shù)據(jù)得以分析并安全地傳送給醫(yī)療或保健提供者。

　　該遠程監(jiān)護系統(tǒng)是以微控制器或如32位微處理器為核心及其外設通訊囗組成。它可以收集，分析和監(jiān)測病人的生命體征數(shù)據(jù)，并使用通信技術(RF 發(fā)送器與紅外接囗及 USB/ 以太網(wǎng))將這些信息傳送給遠程的醫(yī)療提供者或醫(yī)務專業(yè)者作進一步分析，如跟蹤慢性退行性疾病或觀察術后治療。這種類型的遠程監(jiān)護系統(tǒng)可通過不同的數(shù)據(jù)采集設備進行定制，這些設備包括血壓計、血糖儀、脈搏血氧濃度計(用于測量血液中的血氧飽和度) 、數(shù)字稱重儀和溫度計等。

　　這種遠程監(jiān)護系統(tǒng)的優(yōu)勢之一是能夠迅速傳送患者的生命體征數(shù)據(jù)至遠程醫(yī)療中心。為此，可以使用不同類型的網(wǎng)絡。比如通過一個安全的虛擬專用網(wǎng)絡(VPN) 以有線或無線的方式接入以太網(wǎng)，而對于那些生活在農(nóng)村地區(qū)無法訪問寬帶網(wǎng)絡的患者則可以使用通用分組。

　　無線業(yè)務 (GPRS)網(wǎng)絡。據(jù)此在其圖1所示為遠程監(jiān)護系統(tǒng)架構基礎上開拓出遠程監(jiān)護系統(tǒng)應用的便攜式無線遠程監(jiān)護系統(tǒng)，其組成框圖見圖2所示。該便攜式無線遠程監(jiān)護系統(tǒng)是可以防止慢性退行性疾病引起的急性并發(fā)癥的一種新舉措。該構建中，之所以應用了通用32位多核處理器MPC5121e， 因它是一種高度集成的片上系統(tǒng) (SoC) 處理器，具有極好的計算功能，尤其是它可以優(yōu)化需要復雜的圖形和優(yōu)化多媒體與實時音頻處理功能在高性能及功耗敏感型上的應用。

　　尤其是在本遠程醫(yī)療設備中， 對于需要網(wǎng)絡連接、圖像和圖像用戶接口的嵌入式設計方案中是較理想的選擇。該硬件平臺是遠程監(jiān)護系統(tǒng)應用的技術支持。而 WAN(廣域網(wǎng))又稱遠程網(wǎng)，其分布范圍可達數(shù)百公里甚至更遠，可覆蓋一個地區(qū)，一個國家，乃至全世界。廣域網(wǎng)可以分為公共傳輸網(wǎng)絡，專用傳輸網(wǎng)絡和無線傳輸網(wǎng)絡。值此將

　　以高血壓和糖尿病為例對其遠程監(jiān)護方案如何幫助患者治療的問題作說明。

　　對高血壓的急性并發(fā)癥治療的應用最危及生命的急性并發(fā)癥有高血壓緊迫癥和高血壓急癥。高血壓急癥表現(xiàn)為嚴重的血壓突升(超過180/120mmHg)，并引起一些功能器官失效，如腦血管病，肺水腫，冠狀動脈缺血，腎衰竭等。高血壓緊迫癥則不包括功能器官的逐漸失效。

　　了解高血壓急癥和緊迫癥的區(qū)別對于進行適當?shù)牟“Y處理十分關鍵。這對于正在進行治療而需進行采集數(shù)據(jù)的此類患病史者來說使用該遠程監(jiān)護設備使得其診斷變得很容易。另外，對觀察患者所具與病理不相關的其他癥狀及現(xiàn)象也會有一定的幫助。如：對于超過50歲的患者，收縮血壓超過 140mmHg相比而言，舒張壓具有更高的心血管疾病 (CVD) 的危險系數(shù)從115/75mmHg 開始，每增長 20/10mmHg 就增加一倍 ；年齡在55歲，正常血壓中有相當多的中老年者有可能變?yōu)楦哐獕海涫湛s壓在 120-139mmHg，舒張壓在 80-89mmH的人則可以看作具有高血壓的前兆，他們需要調節(jié)或變更生活習慣，提升健康程度以防止CVD的發(fā)生。

　　如可單獨使用或配以其他類別的藥品給大部分患有無并發(fā)癥高血壓的病人提供噻嗪類利尿劑做藥物療。對糖尿病的急性并發(fā)癥治療的應用糖尿病最常見的急性并發(fā)癥是低血糖(極低的血糖濃度) ，這主要由于患者過于擔心高血糖濃度而補充了過量的胰島素。胰島素主要和一些慢性并發(fā)癥有關，如糖尿病引起的視網(wǎng)膜病變、腎疾病、神經(jīng)性疾病、感染和其他病癥等。 血糖的嚴格控制對于有些患者是不建議的，比如那些低年齡段的對降血糖癥狀無所知的人或者那些無法描述自己癥狀的孩子。

　　低血糖的一個最主要的原因是一些老年人過量地服用了抗高血糖的藥物。有時候他們忘記了自己已經(jīng)服用過藥了，而錯誤地再次服用這些藥。然而，通過使用由血糖計和與胰島素閥門組合成閉環(huán)系統(tǒng)的遠程監(jiān)護方案，這些病癥都能得以避免。

　　遠程監(jiān)護系統(tǒng)服務的技術支持是由已新型軟件系統(tǒng)與上述的硬件平臺。在此就支持遠程監(jiān)護系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)架構與功能作說明。遠程監(jiān)護系統(tǒng)軟件架構與功能 它是醫(yī)療服務套件完整的遠程監(jiān)護系統(tǒng)，它可包括：操作系統(tǒng)、圖形用戶界面、應用程序框架與接囗及醫(yī)療服務等多項組成。其圖形用戶界面應用程序框架有主GUI(圖形用戶界面) ，它含血壓GUI 與血糖 GUI 組件兩部份； 其應用程序框架有 GUI框架與GUI組件；醫(yī)療服務有血壓血氧儀稱重及體溫計。

　　從軟件方案到硬件實現(xiàn)，可編寫出易于在不同的硬件設備和實時操作系統(tǒng)平臺上移植的應用層代碼。其運行應用程序有：GUI個性化的主要控制項可用于顯示患者生命體征的GUI，并顯示急性并發(fā)癥的血糖 GUI 與血壓 GUI，以防止兩次服用藥物的情況。該遠程監(jiān)護系統(tǒng)軟件可幫助用戶方便地在32位微處理器系列中移植血壓服務(收縮壓，舒張壓和平均動脈血壓) 、血糖服務、脈搏血氧服務、體溫計服務(傳染性疾病并發(fā)癥) 、數(shù)字稱重服務(用于觀察患者體內(nèi)在心臟阻塞的情況下留有的水分) 。

　　根據(jù)這樣的軟件劃分，一個遠程監(jiān)護系統(tǒng)應用程序可以有很多服務運行在高端的處理器，如通用32位多核處理器MPC5121e 或 ColdFire系列32位嵌入式微處理器。它也可為只實現(xiàn)某些服務而運行在低端的處理器上。因軟件系統(tǒng)是在32位處理器系列上的推廣使用，從而創(chuàng)建醫(yī)生和患者之間溝通的橋梁。此遠程監(jiān)護系統(tǒng)軟件是新型軟件系統(tǒng)，如典型的有 freescale 公司產(chǎn)的 SEL 系統(tǒng)。

　　3.基于ZigBee技術遠程醫(yī)療監(jiān)護系統(tǒng)的構建與應用

　　當今，該類遠程醫(yī)療監(jiān)護系統(tǒng)作為遠程醫(yī)療系統(tǒng)中的一部分，是將采集的被監(jiān)護者的生理參數(shù)與視頻、音頻以及影像等資料通過通信網(wǎng)絡實時傳送到社區(qū)監(jiān)護中心，用于動態(tài)跟蹤病態(tài)發(fā)展，以保障及時診斷、治療。同時可更便捷、更及時的應用在臨床會診、檢查、診斷、監(jiān)護、指導治療、醫(yī)學研究、交流、醫(yī)學教育和手術觀摩等方面。

　　隨著當今社會老年人口的劇增，醫(yī)療資源中監(jiān)護的作用更加突出。近年來，隨著生物醫(yī)學傳感器的小型化、信息處理及無線數(shù)據(jù)傳輸技術的快速發(fā)展和普及，無線醫(yī)療監(jiān)護系統(tǒng)的研制成為熱點，即將無線傳感器網(wǎng)絡引入醫(yī)療監(jiān)護系統(tǒng)。

　　因此基于 ZigBee 技術無線傳感網(wǎng)絡的遠程醫(yī)療監(jiān)護系統(tǒng)應運而生。而運用的方法是利用高頻率的無線多通道數(shù)據(jù)傳輸方式，傳遞醫(yī)療傳感器與監(jiān)護控制儀器之間的信息，減少監(jiān)護設備與醫(yī)療傳感器之間的連線，使被監(jiān)護人能夠擁有較多的自由活動空間，在獲得較準確的測量指標的同時，免除患者在家庭與醫(yī)院之間奔波的勞苦。

　　由高速GPRS或CDMA 無線廣域網(wǎng)與基于 ZigBee技術的無線傳感網(wǎng)絡兩大部份構建。其遠程醫(yī)療監(jiān)護系統(tǒng)的體系結構圖如圖 3 所示。從圖3所示的遠程醫(yī)療監(jiān)護系統(tǒng)的體系結構中可以看出：遠程站點采集信息不是使用傳統(tǒng)的專線或電話撥號方式來獲得；而使用了無線蜂窩技術的無線感測網(wǎng)絡。它使用高速 GPRS 或 CDMA 無線蜂窩數(shù)據(jù)網(wǎng)絡實現(xiàn)無線廣域網(wǎng)連接。

　　圖3中WLAN(Wireless Local Area Network)為無線局域網(wǎng)。GPRS(GPRS-General Packet Radio Service)是無線網(wǎng)絡通訊的一種技術，為通用分組無線業(yè)務的簡稱。之所以應用無線網(wǎng)絡技術，因它可實現(xiàn)現(xiàn)場信號的實時無線傳輸，用戶可通過因特網(wǎng)，訪問其 GPRS服務器，隨時查看現(xiàn)場數(shù)據(jù)。其GPRS理論帶寬可達 171.2kb/s，實際應用帶寬約20-70kb/s，在此信道上提供 TCP/IP連接，可用于Internet連接、數(shù)據(jù)傳輸?shù)葢?。而圖3右下所示是基于ZigBee 通訊芯片技術所構建的無線感測網(wǎng)絡，它是遠程醫(yī)療監(jiān)護系統(tǒng)的核心。

　　在此將重點作解析。用最新的ZigBce 無線網(wǎng)絡技術和射頻集成芯片的無線感測網(wǎng)絡技術，用于遠程醫(yī)護監(jiān)測與管理服務系統(tǒng)。該類為實現(xiàn)其目的，將其所不可缺的生命特征傳感器、無線通信芯片與軟件三方面的技術進行整合(見圖4所示) 。

　　具體分為：其傳感器是采用各種生命特征傳感器監(jiān)控與能感測人體健康狀況及數(shù)據(jù) ；而無線通信芯片是基于ZigBce通信模塊讓設備聯(lián)網(wǎng)，可對應所有醫(yī)療設備的網(wǎng)絡化。即使外出也能實現(xiàn)便利的監(jiān)控或遠程操作；而信號處理技術實現(xiàn)數(shù)據(jù)情報一元化，是通過軟件技術，能將生命特征傳感器等的采集數(shù)據(jù)，通過無線技術進行收集并匯總處理。又可實現(xiàn)手機、電腦等統(tǒng)-操控，讓信息的處理不再受通信規(guī)格的限制。

　　圖4 為醫(yī)療無線感測網(wǎng)絡的組成示意圖。特別需指出的是：其一，各類生命特征傳感器主要實現(xiàn)以下幾種功能：體溫、血壓、血氧和血糖的測量等；其二，以生命特征傳感器與符合 ZIGBEE 標準的無線通訊芯片 CC2420B 組合是無線感測網(wǎng)絡用于遠程醫(yī)護監(jiān)測與管理服務系統(tǒng)的核心。在此用CC2420DB 板寫入不同的代碼，分別作為協(xié)調器，路由設備，終端醫(yī)療設備來組成無線感測網(wǎng)絡。其終端醫(yī)療設備可以采用 FFD(全功能設備) ，也可以采用RFD(精簡功能設備) 。

　　如果是RFD，則此設備只能充當接收終端，而不再能轉發(fā)數(shù)據(jù)；而路由設備它必須是 FFD，用于接收與轉發(fā)信息； 協(xié)調器它必須是 FFD(全功能設備) ，同時也是整個網(wǎng)絡的靈魂，向計算機傳輸數(shù)據(jù)。圖5為無線感測網(wǎng)絡應用于醫(yī)護監(jiān)測定位的網(wǎng)絡拓撲示意圖。也是為ZigBee網(wǎng)絡拓撲結構圖。該網(wǎng)絡拓撲可廣泛用于個人醫(yī)療監(jiān)護系統(tǒng)和醫(yī)院病房等區(qū)域。從上分析可看出基于ZigBee 技術的遠程醫(yī)療監(jiān)護系統(tǒng)本質上也就是基于無線傳感網(wǎng)絡的應用系統(tǒng)。

　　生命安全，它不僅僅是一般基本的生命安全，還加入了生活上的安全照顧。由于無線感測網(wǎng)絡易于布建，所以在收集聲音或是影像相關的信息十分方便。而這些影音信息可以作為判斷居住者是否安全的依據(jù)。例如在獨居老人或有小孩的家庭中，這樣的訊息便相當重要。除了生命與生活的安全。如由身體配戴簡易的各類生理特征傳感器，便可以收集到人體健康的相關信息。這些資料可以用醫(yī)療設備測試數(shù)據(jù)作對照分析，并且分析的結果可以提供健康相關的診斷與建議。

　　系統(tǒng)中收集病患者的各類信息，可實現(xiàn)病患者在家中進行遠程醫(yī)療監(jiān)護，并及時將病患情況反映給醫(yī)生及其家屬，以應對病患者可能的突發(fā)情況，在獲得準確的測量指標的同時，免除患者在家庭與醫(yī)院之間奔波的勞苦。無線節(jié)點為傳感器的擴展留出了豐富的接口，如果需要其他類型的生理指標數(shù)據(jù)，如體溫、心電等數(shù)據(jù)，則只需要將相應的傳感器接入預留的接口，形成新的無線傳感器節(jié)點，開發(fā)相應的嵌入式控制及處理軟件，就可以將節(jié)點直接加入到該無線傳感器網(wǎng)絡中。